美拉德反应,又称羰氨反应或非酶褐变反应,是指氨基化合物和羰基化合物之间发生的反应,是食品风味产生的主要来源之一。
美拉德反应被认为是发生在食品加工过程中最重要的化学反应之一。它影响食品的质量特性,例如颜色、风味、营养价值,以及食品原料的物理和化学属性。
美拉德反应产物(主要是含类黑精,还原酮以及含N、S、O的杂环化合物)是肉制品风味的主要来源,美拉德反应产物(MRPs)的抗氧化性能,被用以代替酚类食用抗氧化剂,正逐渐引起人们的关注。
美拉德反应机理
美拉德反应属于非酶褐变反应,主要是羰基化合物(尤其是还原糖)与氨基化合物(包括胺、氨基酸、肽类、蛋白质等)之间发生的复杂反应。自人类开始烧烤食品以来,食品加工业就一直在利用美拉德反应。美拉德反应不仅与传统食品的生产有关,也与现代食品工业有关,如焙烤食品、咖啡等。美拉德反应为食品提供了可口的风味和诱人的色泽。
一位食品化学家认为,美拉德反应过程可以分为初期、中期和末期3个阶段,每个阶段又可细分为若干反应。该反应是一个复杂反应,包括许多交叉反应和分解反应,生成一系列芳香化合物,包括酮、醛、醇、呋喃及其衍生物、吡咯、吡啶、吡嗪、噻吩、噻唑、嗯唑、噫唑林、硫化物。
美拉德反应的影响因素
食品加工和贮藏过程中在还原糖和氨基酸之间发生的一系列化学反应被称为美拉德反应。影响美拉德反应程度的主要因素有加工环境下的温度、时间以及pH值、水活性、反应剂的类型和比例,但是受食品和原材料加工的影响,反应剂可能被改变。了解这些因素对美拉德反应的影响,有助于企业在食品生产中控制食品褐变,对食品工业具有重大的现实意义。
反应底物
在美拉德反应中,参与反应的糖主要是还原糖,还原糖可以是双糖、五碳糖和六碳糖。反应的速度为戊糖>己醛糖>己酮糖>双糖。双糖产生的风味较差,戊糖中反应最快且风味最好的是核糖,但成本高,难以购买。考虑到原料的价格,所以通常使用葡萄糖和木糖。美拉德反应中参与反应的糖不同,产物的香型和浓度也有所不同。其中以木糖的反应效果为最佳。
氨基酸的种类和浓度,对反应产物香味的种类和优劣也有重要影响,不同种类的氨基酸在美拉德反应中可产生不同的风味物质。其中含硫氨基酸在美拉德反应中对肉香味的形成有着重要影响。
在实际生产中,由于半胱氨酸难以溶解,所以人们通常使用半胱氨酸的盐类(主要是半胱氨酸盐酸盐)。其他某些氨基酸对美拉德反应中风味的形成也是不可缺少的,它们对增强产品的风味特色起着重要的作用,可以帮助美拉德反应形成更加完美和更加柔和的肉类风味。
温度
美拉德反应受温度的影响很大,温度每变化10℃,褐变速度便相差3—5倍,因此,容易褐变的食品应该在低温下贮藏。温度除了影响反应的速度,还会影响产物的香型,温度不同,产生的香气也不同。有学者研究发现,随着反应温度的升高,美拉德反应香味物质的生成量随之增加。在肉味香精的生产中反应温度一般不超过180℃,为了更多地获得肉香味物质,并适当控制酱香味的形成,反应温度以115℃为宜。
pH值和水分活度
一定范围内,美拉德褐变反应速度与水活和pH值都呈正相关影响。碱性条件下易生成含氮挥发物(如吡嗪);一般不超过8,因为pH值大于8时,反应进行较快而难以控制,氨基氮也显著减少,并且形成的风味也相对较差。美拉德反应颜色形成的pH值>7.0,产生肉香的pH值在5.0—5.5,且pH值越高,产生的风味物质越多,而且随pH值的不同,产生的风味物质的组分也不同。
美拉德反应在中等程度水分活度的食品中最容易发生。若用美拉德反应制备肉类香精,水分活度在0.65—0.75最适宜,水分活度小于0.30或大于0.75反应都很慢。
反应时间
反应时间对美拉德反应产物的颜色及风味化合物的生成造成的影响比较显著。时间太短可能使反应不彻底,产生的香味不够厚重、浓郁;时间太长又可能使反应过度,产生焦煳味和某些致癌物质。